不同盐分胁迫对皂荚种子萌发及幼苗生理特征的影响

于兆友，闫海冰，张慧芳，杨秀清

（山西农业大学林学院，山西 太谷 030801）

土地盐碱化是全球性环境问题，严重制约农林业生产和可持续发展[1]。我国是世界上受盐碱化危害最大地区之一[2]，严重限制农作物及林木正常生长，导致盐碱地区土壤利用率低，植被稀少[3-4]。筛选和培育耐盐植物并加以推广，是改良和利用盐碱地有效措施之一[5-6]。目前，国内外对植物盐害或碱害研究主要集中在单一盐或碱[7]，我国盐碱地除部分地区以硝酸盐为主，多数地区为复合盐碱地，盐化和碱化同时存在[8]。因此研究混合盐碱下植物生理响应规律，对盐碱地区适生树种选育及增加树种多样性具有重要意义。

皂荚（Gleditsia sinensisLam.），又名皂角，为豆科皂荚属落叶乔木，是一种多用途生态经济型乡土阔叶树种。皂荚耐贫瘠，耐干旱和盐碱，在我国生长分布广泛，具有在盐碱地种植及生长潜力[9-10]。目前，皂荚抗盐碱生理研究相对较少，且研究以单盐（NaCl）为主[11-12]。不同盐分胁迫对皂荚种子萌发和幼苗生理特征影响较少。为此，本研究利用 NaCl、Na2SO4、NaHCO3和 Na2CO34 种盐分，模拟单盐、中性盐、混合盐、碱性盐不同组分盐碱条件，研究不同盐分胁迫对皂荚种子萌发和幼苗生理特征影响，探讨皂荚种子萌发和幼苗期盐碱胁迫耐受能力，以期为皂荚在盐碱地区栽培和推广提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验用皂荚种子采自山西省绿源春生态林业有限公司皂荚种子园中果、刺两用型皂荚优良品种“帅丁”。将采集回种子置于阴凉干燥处保存，挑选尺寸一致、饱满且无病虫害种子备用。

1.2 盐胁迫模拟设计

试验共设置4组盐分类型，每组盐分6个浓度梯度。各组盐分组成及物质的量比分别为：①单盐NaCl；② 中性盐（NaCl∶Na2SO4=1∶1）；③ 混合盐（NaCl∶Na2SO4∶NaHCO3∶Na2CO3=1∶1∶1∶1）；④ 碱性盐（NaHCO3∶Na2CO3=1∶1）。6个浓度梯度分别为50、100、150、200、250和300 mmol·L-1。共计24个处理组合，以蒸馏水为对照。各处理组合盐胁迫液对应pH如表1所示。各浓度pH排序为碱性盐＞混合盐＞中性盐＞单盐。

表1 各处理组合盐胁迫液对应pHTable 1 pH of salt stress solution of each treatment combination

1.3 种子萌发试验

种子经2 g·L-1KMnO4消毒30 min后，清水冲洗干净，十字破皮法破除种皮后，40℃恒温浸泡种子12 h，待吸涨吸水后放置于铺放2层纱布和1层滤纸发芽盒（12 cm×12 cm×5 cm）中，每盒25粒种子，盒中加入100 mL盐胁迫液，每处理3次重复，蒸馏水处理作对照。将发芽盒置于25℃，光照时间12 h，2 500 lx光照强度。每日采用称重法补充蒸发失去水分，保持胁迫液浓度恒定。

1.4 幼苗试验

幼苗试验选用盆栽沙培法。将种子播种于盛有洗净河沙花盆中，每盆播种1粒。第一天浇灌150 mL 1/2 Hoagland营养液（去除Na2EDTA·2H2O），此后每日浇灌15 mL营养液。待幼苗萌发15 d（长出5～6片复叶）后盐胁迫处理，向花盆中加入150 mL胁迫处理液，共设置12个处理。每个处理设置6次重复（3个重复用于测定生理指标，3个重复用于测定生物量），共处理植株72株，对照加150 mL蒸馏水。每日用称重法补充蒸发失去水分，保持胁迫液浓度恒定。处理过程垫有托盘，盘中渗出液需倒回盆中以防盐分流失。胁迫处理10 d后待处理植株叶片出现发黄萎蔫现象时测定生长量及生理指标。

1.5 种子萌发及幼苗生理指标测定

发芽率（G）=m/N×100%（m为发芽种子数，N为供试种子数）；

发芽势（Gr）=n/N×100%（n为发芽高峰期发芽种子数，N为供试种子数）；

发芽指数（Gi）=∑Gt/Dt（Gt为在t日内发芽数，Dt为发芽日数）；

活力指数（Vi）=S×Gi（S为生物量，Gi为发芽指数）。

生物量测定：每个处理取3盆幼苗，清水冲洗植株表面污物及根部附着沙子，再用蒸馏水冲洗。擦干水分，剪取根、茎、叶，105℃杀青30 min，80℃烘干至恒重，分别称得干重（精确至0.001 g）。计算生物量和根冠比值，总生物量=根干重+茎干重+叶干重，根冠比值=根干重/(茎干重+叶干重）。

丙二醛（MDA）含量测定采用硫代巴比妥酸法；过氧化氢酶（CAT）活性测定采用紫外吸收法；脯氨酸（Pro）含量测定采用磺基水杨酸法；可溶性糖（SS）含量测定采用蒽酮比色法；可溶性蛋白质（SP）含量采用考马斯亮蓝法测定[13]。

1.6 数据处理与分析

数据统计采用Microsoft Excel 2010，SPSS 22.0分析差异显著性，Origin2017作图。

2 结果与分析

2.1 不同盐分胁迫对皂荚种子萌发的影响

2.1.1 不同盐分胁迫对皂荚种子发芽率的影响

盐胁迫处理后，除单盐和中性盐50 mmol·L-1提高种子发芽率（但未达显著）外，4种盐分均抑制种子萌发（较对照组发芽率81.33%），且随胁迫浓度增加，种子发芽率逐渐降低。其中，单盐和中性盐≥200 mmol·L-1、混合盐≥150 mmol·L-1及碱性盐≥100 mmol·L-1时显著抑制皂荚种子萌发。相同浓度下，随pH升高和碱性盐成分增加，盐胁迫对种子萌发抑制作用增强，且碱性盐抑制作用最大，当浓度高于150 mmol·L-1时，碱性盐处理种子发芽率较对照降幅超52%，说明高盐度且高pH对皂荚种子萌发影响最大（见图1）。

2.1.2 不同盐分胁迫对皂荚种子发芽势的影响

胁迫处理后，除50～150 mmol·L-1单盐和中性盐处理皂荚种子发芽势提高（但未达到显著）外，4种盐分均降低种子发芽势，且随胁迫浓度增加，种子发芽势降低。其中，单盐和中性盐≥250mmol·L-1、混合盐≥150 mmol·L-1及碱性盐≥50 mmol·L-1均显著抑制皂荚种子发芽势。相同浓度下，50～150 mmol·L-1盐分对皂荚种子发芽势无显著影响；浓度＞150 mmol·L-1，随pH增高和碱性盐成分增加，盐胁迫对发芽势抑制作用增强，且碱性盐抑制作用最大。当碱性盐浓度＞200 mmol·L-1时，碱性盐处理后种子发芽势较对照组（66.27%）降幅达58%以上（见图2）。

2.1.3 不同盐分胁迫对皂荚种子发芽指数的影响

胁迫处理后，除 50～150 mmol·L-1单盐、50～100 mmol·L-1中性盐和混合盐以及50 mmol·L-1碱性盐处理后发芽指数提高（但并未达显著）外，4种盐分均降低种子发芽指数，且随胁迫浓度增加，种子发芽指数降低，发芽速度减缓。相同浓度下，50～200 mmol·L-1盐分对皂荚种子发芽指数无显著影响（见图3）。

2.1.4 不同盐分胁迫对皂荚种子活力指数的影响

除单盐50 mmol·L-1提高活力指数（但并未达显著）外，4种盐分均降低皂荚种子活力指数。随胁迫浓度增加，种子活力指数降低。单盐浓度≥200 mmol·L-1以及中性盐、混合盐和碱性盐处理均显著降低皂荚种子活力指数。相同浓度时，50 mmol·L-1盐分对皂荚种子活力指数无显著影响，浓度大于150 mmol·L-1时，碱性盐对发芽指数抑制作用最大，处理后皂荚种子活力指数较对照组降幅超65%（见图4）。

2.1.5 不同盐分胁迫对皂荚种子胚根长度的影响

胁迫处理后，除50 mmol·L-1中性盐，其他胁迫处理后胚根较对照组（4.19 cm）显著变短，且随胁迫浓度增加，种子胚根长度降低。相同浓度时，碱性盐对种子胚根长度抑制作用最大，当碱性盐浓度超过200 mmol·L-1后，胚根长度缩短60%以上（见图5）。

2.2 不同盐分胁迫对皂荚幼苗生长及生理特征的影响

2.2.1 不同盐分胁迫对株高生长量、生物量及根冠比的影响

胁迫处理后，各盐分均表现出对幼苗株高生长的抑制作用，而对根冠比无显著影响。随胁迫浓度增加，株高生长和生物量降低，植株生长受抑制作用增强。相同浓度时，碱性盐对幼苗生长抑制作用最大，碱性盐处理后株高生长量较对照组（2.32 cm）下降80.6%～94.4%，生物量较对照组（0.497 g）减少32.6%～36.2%（见表2）。

2.2.2 不同盐分胁迫对丙二醛含量的影响

胁迫处理后，单盐和中性盐处理下MDA含量在100 mmol·L-1胁迫浓度时较对照无显著变化，表明皂荚幼苗在该胁迫下表现耐受性。单盐和中性盐浓度≥200 mmol·L-1以及混合盐胁迫处理后，MDA含量显著增加，皂荚幼苗受到盐碱危害。碱性盐处理后MDA含量呈先增后降趋势，同一浓度随盐分pH升高MDA含量也遵循此规律，表明高碱环境对皂荚幼苗危害更为严重，已超出皂荚幼苗对盐碱胁迫耐受极限，导致代谢发生紊乱（见表2）。

2.2.3 不同盐分胁迫对Pro、SP、SS含量及CAT活性的影响

单盐和中性盐处理后，Pro、SP、SS含量及CAT活性随胁迫浓度增加而升高，混合盐和碱性盐处理下随胁迫浓度增加呈先升后降趋势。低浓度（＜300 mmol·L-1）盐分随pH升高，Pro、SP含量逐渐升高，而SS含量和CAT活性呈先升后降趋势。浓度达300 mmol·L-1时，盐分随pH升高，Pro、SP、CAT活性及SS含量均呈先升后降趋势，其中，碱性盐处理下SS含量和CAT活性降低至对照以下。

表明在胁迫浓度和pH范围内，盐碱环境对皂荚幼苗产生毒害作用，可通过调节自身Pro、SP、SS含量及CAT活性抵御盐碱胁迫，表现一定耐受性。但过高盐碱环境导致SS和CAT代谢较Pro、SP代谢更早发生紊乱（见表3）。

表2 不同盐分胁迫对皂荚幼苗生长及MDA含量的影响Table 2 Effects of different salt stress on the growth and MDA content of Gleditsia sinensis seedling

表3 不同盐分胁迫对皂荚幼苗Pro、SP、SS含量及CAT活性的影响Table 3 Effects of different salt stress on Pro,SP,SS contents and CAT activity in Gleditsia sinensis seedlings

3 讨论与结论

种子萌发过程对盐分胁迫十分敏感，本研究中低浓度盐分提高种子发芽指数，且低浓度单盐和中性盐提高种子发芽率和发芽势，而混合盐、碱性盐及较高浓度单盐、中性盐降低种子发芽率和发芽势。蒙古扁桃[14]、栓皮栎[15]、腊梅[16]和棉花[17]种子在盐胁迫下表现相似萌发特征：低浓度盐胁迫提高种子发芽率或发芽势，而高浓度盐胁迫抑制种子萌发。但与王妮妮研究4种盐分胁迫均降低皂荚种子发芽指标结果不同，这可能与皂荚品种不同有关[2]。浓度相同时，混合盐和碱性盐胁迫皂荚种子，特别是碱性盐，萌发情况差于单盐和中性盐，可能是因为混合盐和碱性盐不仅对皂荚种子造成渗透胁迫，还造成高pH胁迫，对皂荚种子萌发造成进一步抑制和伤害，这与陈培玉高盐度高pH胁迫严重抑制紫穗槐种子萌发研究结果一致[18]。

本研究表明，皂荚种子在萌发过程中活力指数随盐分浓度增加呈下降趋势，胚根生长也受抑制。进一步研究表明，盐分胁迫下皂荚幼苗株高生长量和生物量积累受抑制，与路斌和孙海菁等对野皂荚和美国皂荚研究结果一致[12,19]。这与各盐分胁迫下皂荚MDA含量增加相对应，幼苗生长发生不同程度膜质过氧化作用。而根冠比变化不显著与美国皂荚盐胁迫导致根冠比增大研究结果不一致，可能与受试幼苗生长时间及盐胁迫时间有关[19-20]。本研究初始盐胁迫时，皂荚苗龄为15 d，胁迫时间持续10 d；而孙海菁研究中所用材料为1年生美国皂荚，胁迫时间持续10周。短期胁迫内，植物通过调整生物量分配维持逆境下存活和生长现象不明显。关于盐胁迫下皂荚根冠比变化，仍有待进一步研究。

与此同时，随胁迫浓度增加，CAT活性在单盐和中性盐处理时逐渐升高，在混合盐和碱性盐处理时先升后降，且除300 mmol·L-1混合盐和碱性盐处理外，其余处理时CAT活性均高于对照，这与朴树受盐胁迫后生理响应一致[21]。说明随胁迫浓度增加和pH升高，幼苗受胁迫加剧，而皂荚通过提高CAT活性清除活性氧，维持植株生长。但高浓度混合盐和碱性盐胁迫造成高盐高碱胁迫破坏酶系统，抑制酶活性，引起植物体内代谢紊乱，甚至引起植株死亡[22]。除酶系统活性氧清除功能外，植物通过提高体内Pro、SP和SS等渗透调节物质含量增强抗性[23]。本研究表明，除300 mmol·L-1碱性盐胁迫处理导致SS含量低于对照组外，盐分胁迫处理后，Pro、SP和SS含量与对照比均升高，表明皂荚通过调节其自身渗透调节物质含量调整细胞渗透压以维持植株生长。随单盐和中性盐浓度增加，Pro、SP和SS含量逐渐升高，而随混合盐和碱性盐浓度增加，Pro、SP和SS含量先升后降。这与银杏[3]、流苏[5]和小叶榄仁[24]受盐胁迫后渗透调节物质含量随胁迫浓度增加呈先升后降趋势相同。

综上说明，皂荚种子可在轻度盐碱胁迫下正常萌发，但随不同盐分类型胁迫浓度增加和pH升高，种子萌发及幼苗生长受抑制。皂荚幼苗可通过调节Pro、SP、SS含量和CAT活性缓解盐碱胁迫，表现一定耐受性，但过高盐碱环境导致皂荚幼苗代谢紊乱。本研究为轻度盐碱化土壤环境下皂荚适生品种筛选和种植提供依据。